深厚軟土地基中多支盤樁承載特性試驗研究

深厚軟土地基中多支盤樁承載特性試驗研究

傳統(tǒng)的鉆孔樁廣泛應用于橋梁樁基，但在深層土層較深的區(qū)域，傳統(tǒng)的鉆孔樁成本非常高。一般來說，樁的長度和直徑比其他土層高得多。傳統(tǒng)等截面灌注樁以摩擦受力為主，在軟弱土層中易塌孔，沉渣較難控制，經(jīng)濟性差1做支、支結構的支護相對以往其他項目采用“盤結構”作為承載力的擠擴支盤樁，本工程采用“多支型”擠擴支盤樁設計方案。在盤與支結構或者盤與盤結構間距為8倍盤環(huán)寬度、支與支結構間距為4倍盤環(huán)寬度時，在1個盤的相同間距范圍內(nèi)，布置兩個支結構。在深厚軟土中增設擠擴支盤樁支結構的分支數(shù)量，增加支結構與土體的側阻面，提高支結構的側支阻力。成孔后灌注混凝土能使支盤結構形成剛性結構，擴大整個樁身的承載面積，將受力單一的摩擦樁改成多支型變截面摩擦端承樁，改變樁體受力方式，提高樁身整體的側摩擦阻力，達到樁基承載力設計要求。2主橋橋橋樁基汕頭市鳳東路澄海段工程位于汕頭市東部，主線全長23.287km，設有3座特大橋，9座大橋。金樟路跨線大橋采用整體式斷面分幅設計，單幅橋寬13.75m。主橋樁基采用常規(guī)鉆孔灌注樁，引橋采用多支型擠擴支盤樁。金樟路跨線橋全場地分布軟土，橋位覆蓋層主要有雜填土、耕填土、砂類土、淤泥質土、粉質粘土等組成；基底則由花崗巖層和風化層構成，樁基設計參數(shù)如表1所示。3靜載試驗結果創(chuàng)新性的采用“二錨一”錨樁試樁方案，同時監(jiān)測試樁和兩根錨樁的數(shù)據(jù)，減少工作的反復性，通過一組試驗即可獲取3組試驗樁的參數(shù)，實現(xiàn)綜合效益最大化。利用慢速維持荷載法對金樟路12#墩1組擠擴支盤樁進行靜載試驗。12#墩設置1根抗壓樁，在抗壓樁側施打兩根支盤樁作為錨樁，在試樁試驗前，需要利用跨孔超聲波法和熱異常法對試樁的支盤進行完整性檢測，確保試驗可行性。3.1錨樁反力裝置試樁靜載試驗前需對本方案投入2根長13000mm×寬550mm×高1200mm的鋼梁以及相應錨具設計為圖1所示的錨樁反力裝置。錨樁通過主筋穿引過鋼梁上的格子錨具，在格子錨具上方主筋采用幫條焊的方式，單面焊幫條長度≥10d，雙面焊幫條長度≥5d3.2樁頂沉降測量試樁灌注后的混凝土需達到28d期齡后才可進行單樁豎向抗壓靜載試驗試驗采用慢速維持荷載法，由超高壓油泵帶動千斤頂施加各分級荷載，通過錨樁反力裝置加卸載，樁基靜載荷測試分析儀控制壓力傳感器來調(diào)節(jié)施加荷載值，樁頂沉降值由位移傳感器采集，具體加卸載過程如下。(1）分級荷載均勻等量施加，分級荷載取最大加載值的1/10，第一級荷載以兩倍分級荷載值施加，下一級荷載的施加要求樁頂沉降值處于相對穩(wěn)定，樁頂沉降值連續(xù)兩次1h內(nèi)不得超過0.1mm(2）各分級荷載施加后，樁頂沉降值分別在5min、15min、30min、45min、60min各記錄一次，為減少試驗誤差，分級荷載趨于穩(wěn)定后每間隔30min記錄一次樁頂沉降值。(3）卸載過程中，取2倍荷載的加載值等量卸載，分別在15min、30min、60min記錄樁頂沉降值，使荷載穩(wěn)定維持1h后方可繼續(xù)下一級荷載，直至荷載卸載為0。3.3支盤結構布置采用振弦式鋼筋應力計，焊接在鋼筋籠主筋上，樁身斷面在距離支或盤結構上下各25cm處橫斷面，布置兩個鋼筋計。標定面布置在樁頂下2m和4m處，每個斷面安裝四個應變計，鋼筋籠底部1m處需布置兩個鋼筋計收集樁底反力，鋼筋計布置如圖2所示。4試驗結果的分析4.1盤側阻力分布支盤結構形狀直接影響樁體承載能力，支盤結構均是由混凝土直接澆筑而成，屬于剛體結構，因此支盤結構的強度極難控制，受到諸多外在因素影響。支盤結構在加載過程中，六星支的支側阻力發(fā)揮顯著，如圖3和圖4所示。在極限荷載5331KN的條件下，六星支結構承載力在細砂土層中較盤結構提升了24.02%，六星支已滿足盤結構的承載要求。在粉質粘土層中，六星支的承載能力呈“波浪形”曲線，下部盤結構在第8級荷載作用下才發(fā)生明顯變化，荷載增加支盤結構承載力均保持在30KN范圍內(nèi)浮動，說明在同等粉質粘土、細砂土層的地質情況下，一個六星支相當于一個盤結構的承載能力。4.2樁身強度檢測金樟路跨線橋擠擴支盤樁現(xiàn)場試驗結果如表2所示，試樁與錨樁的Q-S荷載-位移變化曲線如圖5所示?，F(xiàn)場實測數(shù)據(jù)表明，在深厚軟弱土的地質條件下，使用多支型結構的擠擴支盤樁樁體抗拔承載能力成倍提高。在極限荷載5331KN條件下，錨樁1最終上拔量為1.81mm，錨樁2最終上拔量為2.35mm，在卸載后回彈率均達到82%以上，擠擴支盤樁抗拔承載能力滿足試樁要求。如圖6所示，上部支盤結構承擔60%的樁身內(nèi)力，試樁的最大位移變形僅6mm，屬于彈性變形。根據(jù)擠擴支盤樁的受力特點，試樁12-0#在極限荷載10661KN作用下，樁身周圍與樁端土體發(fā)生較大位移變形，盤體結構與土層接觸面大，支結構的側阻面與土層接觸面積受限，所以盤體結構周圍土體的位移變形均大于支結構。4.3樁身軸力與支盤承力各級荷載作用下試樁的各斷面軸力變化如圖7所示，試樁的上盤結構軸力均大于下部盤結構，盤結構上下部軸力差值即為該盤體的承載力。支盤結構承擔主要部分荷載，在分級荷載逐級施加中，支盤結構承載力均穩(wěn)定增長，呈近線性關系。試樁極限荷載達10662KN時，上盤結構端承力為2755KN,約占試樁承載力的32.88%,約占盤的總端承力的61.5%；中盤結構端承力為1718KN，達到試樁承載力的20.5%，約占盤的總端承力的38.5%。試樁中支結構的端承力均要小于盤結構，支結構承擔上、中盤傳遞下的剩余荷載，整根試樁的荷載是以遞減形式傳遞，具有時間性和順序性的特點。試樁的樁身軸力在支盤各斷面處能將樁體與支盤連接產(chǎn)生的集中應力分散到土層中，從而減少樁身軸力和支盤的樁側摩阻力，如圖8所示。試樁利用支盤結構承載部分樁身承載力，可有效降低孔底沉渣在灌注過程中對試樁承載力的影響。5抗拉抗裂設計在淤泥質土、淤泥砂土中，多支結構的支側阻力發(fā)揮顯著，一個六星支結構相當一個盤